Módulo multichip

Conjunto electrónico que contiene múltiples circuitos integrados que se comportan como una unidad

Un módulo multichip cerámico que contiene cuatro chips de procesador POWER5 (centro) y cuatro chips de caché L3 de 36 MB (periferia)

Un módulo multichip ( MCM ) es genéricamente un conjunto electrónico (como un paquete con una serie de terminales conductores o "pines" ) donde se integran múltiples circuitos integrados (CI o "chips"), matrices semiconductoras y/u otros componentes discretos, generalmente sobre un sustrato unificador, de modo que en uso se puede tratar como si fuera un CI más grande. ^[1] Otros términos para el empaquetado MCM incluyen "integración heterogénea" o " circuito integrado híbrido ". ^[2] La ventaja de usar el empaquetado MCM es que permite a un fabricante usar múltiples componentes para modularidad y/o mejorar los rendimientos sobre un enfoque de CI monolítico convencional.

Un módulo multichip con chip invertido ( FCMCM ) es un módulo multichip que utiliza tecnología de chip invertido . Un FCMCM puede tener un chip grande y varios chips más pequeños, todos en el mismo módulo. ^[3]

Descripción general

Los módulos multichip se presentan en distintas formas, según la complejidad y las filosofías de desarrollo de sus diseñadores. Pueden ir desde el uso de circuitos integrados preempaquetados en una pequeña placa de circuito impreso (PCB) diseñada para imitar el tamaño del paquete de un paquete de chip existente hasta paquetes de chip totalmente personalizados que integran muchas matrices de chip en un sustrato de interconexión de alta densidad (HDI). El sustrato MCM ensamblado final puede realizarse de una de las siguientes maneras:

• El sustrato es una placa de circuito impreso (PCB) laminada multicapa , como las que se utilizan en los procesadores Zen 2 de AMD .
• El sustrato está construido sobre cerámica, como cerámica cocida a baja temperatura.
• Los circuitos integrados se depositan sobre el sustrato base mediante tecnología de película fina .

Los circuitos integrados que componen el paquete MCM pueden ser:

• Circuitos integrados que pueden realizar la mayoría, si no todas, las funciones de un componente de una computadora, como la CPU. Algunos ejemplos de esto incluyen las implementaciones de POWER5 de IBM y Core 2 Quad de Intel . Se utilizan múltiples copias del mismo circuito integrado para construir el producto final. En el caso de POWER5, se utilizan múltiples procesadores POWER5 y su caché L3 fuera de la matriz asociada para construir el paquete final. Con el Core 2 Quad, efectivamente se empaquetaron juntas dos matrices Core 2 Duo.
• Circuitos integrados (CI) que realizan solo algunas de las funciones, o "bloques de propiedad intelectual" ("Bloques IP"), de un componente de una computadora. Estos se conocen como chiplets . ^{[4] [5]} Un ejemplo de esto son los CI de procesamiento y los CI de E/S de los procesadores basados ​​en Zen 2 de AMD .

Un intercalador conecta los circuitos integrados. Este suele ser orgánico (una placa de circuito laminada que contiene carbono, por lo tanto, orgánico ) o está hecho de silicio (como en la memoria de alto ancho de banda ). ^[6] Cada uno tiene ventajas y limitaciones. El uso de intercaladores para conectar varios circuitos integrados en lugar de conectar varios circuitos integrados monolíticos en paquetes separados reduce la potencia necesaria para transmitir señales entre circuitos integrados, aumenta la cantidad de canales de transmisión y reduce los retrasos causados ​​por la resistencia y la capacitancia (retardos RC). ^[7] Sin embargo, la comunicación entre chiplets consume más energía y tiene una latencia más alta que los componentes dentro de circuitos integrados monolíticos. ^[8]

Pila de chips MCM

NoC inalámbrico en circuito integrado 3D

Un desarrollo relativamente nuevo en la tecnología MCM es el denominado paquete "chip-stack". ^[9] Algunos circuitos integrados (CI), en particular las memorias, tienen patillas muy similares o idénticas cuando se utilizan varias veces en los sistemas. Un sustrato cuidadosamente diseñado puede permitir que estas matrices se apilen en una configuración vertical, lo que hace que el tamaño del MCM resultante sea mucho menor (aunque a costa de un chip más grueso o más alto). Dado que el área suele ser más importante en los diseños de electrónica en miniatura, la pila de chips es una opción atractiva en muchas aplicaciones, como los teléfonos móviles y los asistentes digitales personales (PDA). Con el uso de un circuito integrado 3D y un proceso de adelgazamiento, se pueden apilar hasta diez matrices para crear una tarjeta de memoria SD de alta capacidad. ^[10] Esta técnica también se puede utilizar para la memoria de alto ancho de banda .

La forma posible de aumentar el rendimiento de la transferencia de datos en la pila de chips es utilizar redes inalámbricas en chip (WiNoC). ^[11]

Ejemplos de paquetes multichip

• Memorias MCM de burbuja de IBM (década de 1970)
• Módulo de conducción térmica del mainframe IBM 3081 (década de 1980)
• Módulos multichip superconductores (década de 1990) ^{[12] [13]}
• Intel Pentium Pro , Pentium II OverDrive , Pentium D Presler, Xeon Dempsey, Clovertown, Harpertown y Tigerton, Core 2 Quad (Kentsfield, Penryn-QC y Yorkfield), Clarkdale , Arrandale , Kaby Lake-G y modelos con Crystalwell (aquellos con gráficos GT3e o GT4e)
• Tarjetas SD , tarjetas Micro-SD y memorias Sony
• eMMC y eUFS
• Xenos , una GPU diseñada por ATI Technologies para la Xbox 360 , con eDRAM
• POWER2 , ​​POWER4 , POWER5 , POWER7 , POWER8 y Power10 de IBM
• IBM z196
• El Espresso (microprocesador) de Wii U de Nintendo tiene su CPU, GPU y VRAM (integrada en la GPU) en un MCM. ^[14]
• VIA Nano de cuatro núcleos ^[15]
• Memoria Flash y RAM combinadas en un PoP de Micron
• Soluciones MCP de Samsung que combinan almacenamiento NAND y DRAM móvil . ^{[16] [17] [18]}
• Las CPU AMD Ryzen Threadripper y Epyc basadas en la arquitectura Zen o Zen+ son MCM de dos o cuatro chips ^[19] ( Ryzen basado en Zen o Zen+ no es MCM y consta de un chip)
• Las CPU Ryzen , Ryzen Threadripper y Epyc sin APU de AMD basadas en la arquitectura Zen 2 o Zen 3 son MCM de uno, dos, cuatro ^[20] u ocho chips que contienen núcleos de CPU y un chip de E/S más grande ^[21].
• Las GPU de la serie AMD Instinct MI basadas en la arquitectura CDNA 2 son MCM de uno o dos chips de matriz de cómputo gráfico (GCD).
• Las GPU de la serie AMD Radeon RX 7000 basadas en la arquitectura RDNA 3 son MCM con un GCD y hasta seis chips de memoria caché (MCD).
• GPU Intel Xe Ponte Vecchio
• Procesadores Intel Meteor Lake
• Cualquier otro procesador con memoria de gran ancho de banda
• Serie M de Apple con CPU y memoria
• Intel Lunar Lake con CPU y memoria

Módulos multichip 3D

Véase también

• Sistema en paquete (SIP)
• Sistema en un chip (SoC)
• Circuito integrado híbrido
• Encapsulado avanzado (semiconductores)
• Portador de chips Lista de tipos de embalaje y empaquetado de chips
• Módulo de chip único (SCM)
• Paquete multichip UFS (uMCP)

Referencias

1. Tummala, Rao (julio de 2006). «SoC vs. MCM vs. SiP vs. SoP». Tecnología de estado sólido . Archivado desde el original el 20 de octubre de 2013. Consultado el 4 de agosto de 2015 .
2. Don Scansen, EE Times "Chiplets: una breve historia". Consultado el 26 de abril de 2021.
3. "IMAPS Advancing Microelectronics 2020 Issue 3 (Advanced SiP)". FlippingBook . Consultado el 5 de diciembre de 2023 .
4. Samuel K. Moore, IEEE Spectrum "La visión de Intel sobre la revolución de los chiplets" Consultado el 26 de abril de 2021
5. "Chiplets" de ingeniería semiautomática Recuperado el 26 de abril de 2021
6. "2.5D - Ingeniería de semiconductores". Semiengineering.com . Consultado el 13 de mayo de 2022 .
7. "Interpositores".
8. Dr. Ian Cutress, AnandTech "Intel avanza hacia los chiplets: 'Cliente 2.0' para 7 nm"
9. Jon Worrel (15 de abril de 2012). "Intel migra a módulos multichip (MCM) de escritorio con Broadwell de 14 nm". Fudzilla .
10. Richard Chirgwin, The Register. “Los proveedores de memoria se abalanzan sobre el estándar de apilamiento '3D'”. 2 de abril de 2013. 5 de febrero de 2016.
11. Slyusar VI, Slyusar DV Diseño piramidal de un conjunto de nanoantenas. // VIII Conferencia Internacional sobre Teoría y Técnicas de Antenas (ICATT'11). - Kiev, Ucrania. - Universidad Técnica Nacional de Ucrania “Instituto Politécnico de Kiev”. - 20-23 de septiembre de 2011. - Págs. 140-142. [1]
12. Ghoshal, U.; Van Duzer, T. (1992). "Circuitos de interconexión MCM de alto rendimiento y fluxoelectrónica". Actas de la Conferencia de módulos multichip del IEEE de 1992 MCMC-92 . págs. 175-178. doi :10.1109/MCMC.1992.201478. ISBN 0-8186-2725-5.S2CID 109329843  .
13. Burns, MJ; Char, K.; Cole, BF; Ruby, WS; Sachtjen, SA (1993). "Módulo multichip que utiliza interconexiones multicapa YBa2Cu3O7−δ". Applied Physics Letters . 62 (12): 1435–1437. Código Bibliográfico :1993ApPhL..62.1435B. doi :10.1063/1.108652.
14. Satoru Iwata, Iwata pregunta. “Cambios en la televisión”. Consultado el 4 de agosto de 2015.
15. Shimpi, Anand Lal. "El QuadCore de VIA: Nano se hace más grande". www.anandtech.com . Consultado el 10 de abril de 2020 .
16. "MCP (paquete multichip) | Samsung Semiconductor". www.samsung.com .
17. "MCP basado en NAND | Samsung Memory Link". samsung.com .
18. "MCP basado en e-MMC | Samsung Memory Link". samsung.com .
19. Cutress, Ian. "Revisión de los procesadores AMD Ryzen Threadripper 1950X y 1920X: CPU con esteroides". www.anandtech.com . Consultado el 10 de abril de 2020 .
20. Lilly, Paul (17 de diciembre de 2019). "AMD Ryzen Threadripper 3960X y 3970X se unen a Scalpel para la operación de desbloqueo de Zen 2". HotHardware . Consultado el 10 de abril de 2020 .
21. Cutress, Ian. "Análisis de la microarquitectura AMD Zen 2: Ryzen 3000 y EPYC Rome". www.anandtech.com . Consultado el 10 de abril de 2020 .

Enlaces externos

• Tecnología de módulos multichip (MCM) o sistema en un paquete (SoP)
• AMD aspira a mantenerse en la carrera con la CPU Magny-Cours de 12 núcleos
• Diseño MCM en AutoCAD – CDS Master MCM Designer Suite